指示抗癌药进程的纳米粒子

【字体: 时间:2016年01月28日 来源:生物通

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  最近,来自美国俄亥俄州立大学的研究人员,基于自然发生的绿色荧光蛋白,设计了一种纳米粒子,可以穿过人体细胞,跟踪抗肿瘤药物的踪迹。这一研究成果发表在最近的《Nature Nanotechnology》。

  

生物通报道:癌症是世界上最难治疗的疾病之一,科学家们一直都在孜孜不懈的寻找最佳的癌症治疗方法。2015年10月,Cell出版社旗下新子刊《Trends in Cancer》,邀请世界领先的癌症研究学者,列出了目前癌症研究领域所面临的八大问题。Cell子刊:癌症研究的八大问题

目前,已有超过100种药物被批准用于治疗癌症,但如何因人施药以取得最佳疗效,仍是个难题。常规治疗手段下,治疗癌症的药物往往具有毒副作用,药物进入体内,大部分被肝脏、肾脏代谢,极少量药物进入肿瘤。2015年,美国总统奥巴马提出的“精准医学计划”,引发全球关注(奥巴马推出“精确医学计划” 推动发展个性化医疗)。精准医学的其中一个目标就是,了解不同的人为什么对同一种癌症疗法的反应不同,实现精准用药。Cell子刊:精准医学的光明未来

最近,来自美国俄亥俄州立大学的研究人员,基于自然发生的绿色荧光蛋白,设计了一种纳米粒子,可以穿过人体细胞,跟踪抗肿瘤药物的踪迹。这些纳米颗粒在可见光范围内具有光学活性、生物相容性和耐光性,在初步研究中,研究人员用MUC1核酸适体——阿霉素(DOX),对这些纳米粒子进行了功能化处理,可将化疗剂DOX带到癌细胞,表明他们能够实时监测药物在人类上皮癌细胞中的释放。他们这一研究成果发表在最近的《Nature Nanotechnology》。

本文通讯作者是俄亥俄州立大学的华人学者Mingjun Zhang教授,他本硕博毕业于浙江大学,后在斯坦福大学获电气工程学硕士学位,2000年在华盛顿大学获科学博士学位,现就职于俄亥俄州立大学生物医学工程系。Zhang教授带领的研究小组,模仿黄色荧光蛋白制备了他们的二肽纳米粒子(DNP),黄色荧光蛋白的光活性是由于介子堆和BFPms1,一种突变的绿色荧光蛋白,其协同Zn(II)复合物,促进更大的荧光强度。他们调查了三种芳香肽——色氨酸、苯丙氨酸和酪氨酸的各种组合,发现Zn(II)可调节Trp-Phe复合物很容易地自组装成纳米颗粒,并在一个狭窄的可见光范围内具有光学活性。

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Zhen等人用碱和碱金属离子调查了类似复合物的光学活性之后证实,过渡金属可形成最佳的配位结构。此外,他们调查了他们DNP的最好光信号的最佳浓度、温度和pH范围。荧光研究表明,DNPS会发出明亮的蓝色,并与Trp-Phe单体相比有一个较窄的光谱带宽。与用有机荧光染料(若丹明6G)的研究进行比较后证实,DNPs是耐光的,用NIH-3T3细胞的体外研究表明,与CdSe量子点相比,DNPs是生物相容性的。

Zhen等人用MUC1核酸适配体——是靶定某些MUC1蛋白过表达的癌细胞的寡核苷酸,对DNPs进行了功能化处理。然后,他们将小鼠成纤维细胞(MUC1阴性)中MUC1核酸适配体功能化的DNP,与MUC1阳性的人类癌细胞进行了比较,以判断它对MUC1阳性细胞是否是选择性的。他们发现,人类细胞显示出明显的荧光,而小鼠细胞则没有。

最后,DOX——一种化疗药物,往往与芳香DNPS堆叠在一起。Dox与Trp-Phe DNP是共轭的,并且研究发现,当是共轭的时候,复合物就表现出荧光猝灭和吸收减少。人癌细胞的研究表明,随着DOX释放到靶细胞中,DNP的荧光信号增强,从而为抗癌药物的释放提供了一种实时的光学指示器。

精准医学的目标之一就是,了解不同的人为什么对同一种癌症疗法的反应不同。这项研究提供了一种方法,当一种众所周知的癌症药物在靶细胞内释放时,实时监测它的路径。研究人员希望,这将最终帮助医生对每名患者的治疗策略进行优化。

(生物通:王英)

生物通推荐原文摘要:
Bioinspired fluorescent dipeptide nanoparticles for targeted cancer cell imaging and real-time monitoring of drug release
Abstract: Peptide nanostructures are biodegradable and are suitable for many biomedical applications. However, to be useful imaging probes, the limited intrinsic optical properties of peptides must be overcome. Here we show the formation of tryptophan–phenylalanine dipeptide nanoparticles (DNPs) that can shift the peptide's intrinsic fluorescent signal from the ultraviolet to the visible range. The visible emission signal allows the DNPs to act as imaging and sensing probes. The peptide design is inspired by the red shift seen in the yellow fluorescent protein that results from π–π stacking and by the enhanced fluorescence intensity seen in the green fluorescent protein mutant, BFPms1, which results from the structure rigidification by Zn(II). We show that DNPs are photostable, biocompatible and have a narrow emission bandwidth and visible fluorescence properties. DNPs functionalized with the MUC1 aptamer and doxorubicin can target cancer cells and can be used to image and monitor drug release in real time.

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